EP4028224B1

EP4028224B1 - Stanzmaschine zum stanzen von etiketten und deckeln

Info

Publication number: EP4028224B1
Application number: EP20774902.9A
Authority: EP
Inventors: Markus Steiner; Mathias Schön; Claudia VISENTIN; Jürg THURNHERR
Original assignee: Berhalter AG
Current assignee: Berhalter AG
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2025-09-10
Anticipated expiration: 2040-09-10
Also published as: EP4028224C0; JP7755574B2; JP2022546743A; HRP20251378T1; BR112022004201A2; EP4028224A1; WO2021048259A1; AU2020347470B2; US20220324130A1; CN114786895A; CA3150711A1; CH716574A1; AU2020347470A1; CN114786895B; KR20220059484A

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Stanzmaschine zum Stanzen von Etiketten und Deckeln gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Gegenstand der Erfindung ist weiter ein Verfahren zum Steuern des Vorschubs des Stanzstempels gemäss Patentanspruch 21.
Das Stanzen von Etiketten und flachen Deckeln ist bekannt und erfolgt auf unterschiedliche Weise. Einerseits können die Etiketten und Deckel, welche aus Papier, Karton, Metallfolien oder aus laminierten Materialien wie Metall- und Kunststoffmaterialien bestehen, durch einen Stanzvorgang mit einem linear angetriebenen Stanzstempel hergestellt werden oder andererseits zwischen zwei rotierenden Trommeln. Das hier beschriebene Verfahren umfasst nur das Stanzen mit einem Stanzstempel gegen eine Matrize und insbesondere das Stanzen von Etiketten und Deckeln aus endlos bandförmig zugeführtem Ausgangsmaterial.
EP 1 790 470 A2 und CH 712 241 A2 beschreiben Verfahren und Stanzmaschinen zum Stanzen von Etiketten und Deckeln aus bandförmigem Material.
In bekannten Stanzmaschinen wird das bandförmige Material von einem Coil abgewickelt bzw. abgezogen und zwischen dem Stanzstempel und der Matrize hindurchgeführt. Dort werden eine oder mehrere Etiketten gleichzeitig pro Hub ausgestanzt und nach dem Stanzvorgang das entstehende Stanzgitter des zugeführten Bandes abgezogen und auf einer Walze aufgerollt oder abgesaugt und in kleine Stücke zerhackt.
Beim schrittweisen Vorschub des Stanzmaterials und Abzug des Stanzgitters sowie beim Antrieb des Stanzstempels treten bei bekannten Stanzmaschinen häufig Probleme auf, die zu Produktionsunterbrüchen oder fehlerhaften Stanzlingen führen können.
Probleme ergeben sich beim Vorschub des Stanzguts insbesondere aus elastischen Materialien wie Kunststofffolien, da in den Randzonen desselben nicht dieselben Spannungen vorliegen wie im Zentrum des Stanzguts, was zur Folge hat, dass beim Transport des Stanzguts, im Folgenden kurz Folie genannt, sich Falten bilden können. Diese unterschiedlichen Spannungen an den Rändern und im Zentrum der Folie hängen vom verwendeten Material der Folie und/oder der Breite der Folie und/oder der Gestalt und Grösse der Stanzlinge ab, was bedeutet dass, sofern überhaupt möglich, zu Beginn eines neuen Auftrags den Eigenschaften der Folie angepasste Einstellungen an einem oder mehreren der zusammenwirkenden Elemente der Stanzmaschine vorgenommen werden müssen, die zeitaufwendig sind und gut ausgebildetes Personal erfordern.
Schwierig wird der Abzug des Stanzgitters, weil die Folie nicht mehr vollflächig ist, sondern durch eine Vielzahl von Stanzungen die Gestalt eines Gitters aufweist, welches sich beim Abziehen quer zur Abzugsrichtung stark zusammenziehen kann und dadurch Auswirkungen bis ins Stanzwerkzeug hinein erzeugt. Die Faltenbildung entsteht vorrangig durch grosse elastische Dehnungen in den Randbereichen und nur geringen elastischen Dehnungen in der Mitte des vollen Bandmaterialstück. Die unterschiedlichen Dehnungen führen zu einer seitlichen Einschnürung im vollen Bandmaterialstück und einer damit verbundenen Faltenbildung. Ursächlich für die Dehnungsunterschiede zwischen den Rand- und Mittenbereichen im vollen Bandmaterialstück ist, dass das Stanzgitter mit seinen Löchern den Kraftfluss lokal unterbricht und typischerweise fast die ganze Bandspannung in den Randbereichen überträgt. Durch das Absaugen, welches häufig als Abzugsverfahren verwendet wird, zieht sich das Stanzgitter besonders stark zusammen, je nach Grösse und Form der ausgestanzten Deckel. Dies kann zu Faltenbildungen innerhalb des Stanzwerkzeugs oder zu geometrisch unregelmässigen Stanzlingen führen. Weiter kann das Stanzgitter während dem Vorschub durch das Stanzwerkzeug hindurch mit dem Stanzstempel und/oder anderen Bauteilen kollidieren. Dies führt zu zeitlich unerwünschten Produktionsunterbrüchen und verursacht aufwendige manuelle Eingriffe des Personals. Beides ist kostenintensiv und verringert die Produktivität und allenfalls auch Qualität der ausgestanzten Etiketten oder Deckel.
Weiter hat es sich als nachteilig erwiesen, dass bei bekannten Stanzmaschinen keine Flexibilität bezüglich des zeitlichen Ablaufs des Stanzhubes möglich ist. Die durch einen Exzenter angetriebenen Stanzwerkzeuge können einzig von Hand und nur im Stillstand der Maschine bezüglich der Eintauchtiefe verstellt werden. Dies bedeutet, dass bei Materialwechsel der Folie oder auch nur schon der Breite der Folie stets manuell die Stanzmaschine an die neuen Verhältnisse angepasst werden muss.
Das Folienband wird heute im Werkzeug zumeist mit sogenannten Bandabhebern geführt. Derartige Bandabheber haben viele ungünstige Eigenschaften:

Die Stanzstempel treffen schlagartig auf den Bandabhebern auf. Dies führt zu einem Schlag mit bei hohen Taktzahlen erheblicher Geräuschemission.
Bandabheber sind auf Federn gelagert und neigen deshalb zum Schwing- oder Prellbewegungen.
Die Bandabheber führen das Band nur in eine Richtung. Bandabheber stellen lediglich einen Mindestabstand zwischen Band und Matrize sicher, der Abstand zwischen Band und Stanzstempel wird von den Bandabhebern aber nicht beeinflusst.
Bandabheber zentrieren das Band nicht im Öffnungsspalt des Werkzeugs.

Im Weiteren ist die Zugänglichkeit in den Werkzeugbereich bei bekannten Maschinen schlecht gelöst. Entweder versperren mechanische Strukturen die Zugänglichkeit oder der mögliche Öffnungsweg des Hub- und Hauptantriebs ist beschränkt. Das Einfädeln des Materialbandes und die Reinigung des Werkzeugbereichs gestalten sich entsprechend aufwendig und unkomfortabel. Mit der schlechten Zugänglichkeit geht zumeist eine schlechte Einsicht in den Werkzeugbereich einher. Probleme bei Bandtransport können so nicht oder nur schwer erkannt werden.
Klassisch aufgebaute Vorschubapparate erreichen die geforderten Taktzahlen nicht oder ziehen die Folie nur im Randbereich. Da die Verpresskraft zwischen den beiden Walzen nur an deren Enden eingeleitet werden kann, müssen für eine gleichmässige Verpressung der Folie entweder die Walzen äusserst biegesteif ausgeführt oder diese dick aufgummiert werden. Die Massenträgheit derartiger Walzen ist bei den geforderten Bandbreiten derart hoch, dass die am Markt erhältlichen Servoantriebssysteme zu schwach sind. Grösse Servoantriebssysteme lösen das Problem nicht, da deren eigene Trägheit in einem Masse ansteigt, sodass nach aussen hin keine Leistungssteigerung resultiert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Stanzmaschine, welche ein einwandfreies unterbruchfreies Stanzen ermöglicht und bei welcher insbesondere ein einwandfreier Vorschub der zu stanzenden Folie zur und in der Stanzvorrichtung gewährleistet ist und danach ein einwandfreier Abzug des instabilen Stanzgitters gewährleistet. Im Weiteren soll die Möglichkeit geschaffen werden, das Stanzgitter störungsfrei durch die Stanzvorrichtung hindurch und auch wieder aus dieser hinauszuführen.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, den zeitlichen Verlauf des Stanzhubes jederzeit ein- und verstellen zu können, insbesondere den zeitlichen Verlauf des Ein- und des Austauchens in die Folie sowie die notwendigen Stanzkräfte der zu verarbeitenden Folie anzupassen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zu schaffen, mit welchem der Verlauf des Stanzhubs an die Eigenschaften der Folie anpassbar ist.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 24. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.
Der Einsatz eines Servomotors zum direkten Antrieb des Stanzstempels anstelle eines Exzenterantriebs ermöglicht nicht nur die Eintauchtiefe des Stanzstempels einstellen zu können, sondern insbesondere auch den zeitlichen Verlauf des Eintauchens und Zurückfahrens des Stanzstempels sowie die Haltedauer des Stanzstempels in der Eintauchphase. Eine mit dem Servomotor verbundene oder in diesem integrierte Spindel ermöglicht eine äusserst exakte zeitliche Umsetzung unterschiedlicher Vorschubgeschwindigkeiten und -verläufe des Stanzhubes. Die Verwendung eines Servomotors und einer Spindel für den Linearvorschub ist wartungsarm. Durch die Montage der Spindel auf einem Werkzeugschlitten kann eine exakte Positionierung des Stanzstempels sichergestellt werden. Der Servomotor erlaubt es, den zeitlichen Verlauf des Stanzstempels aus der Ruhestellung bis zur Arbeitsstellung bzw. deren Ende nach dem Eintauchen und Schneiden der Folie beliebig einzustellen. Insbesondere kann ein sanfter Anlauf und eine hohe Vorschubgeschwindigkeit bis zum Auftreffen auf die Folie erzeugt werden und danach kurz vor oder beim Eintreffen des Stanzstempels auf der Oberfläche der Folie entsprechend deren physikalischen Eigenschaften der Geschwindigkeitsverlauf bis zum Ende des Eintauchens des Stempels in die Matrize fast beliebig geändert werden. Ein kurzer Stopp, beispielsweise vor dem Eintauchen in die Folie, ist ebenfalls möglich. Ein weiterer grosser Vorteil der Verwendung eines Servomotors besteht darin, dass auch die Eintauchtiefe veränderlich ist und insbesondere die Geschwindigkeit beim Auftreffen auf die Folie, unabhängig von der Dicke der Folie. Gegenüber dem Stand der Technik, wo sowohl der Geschwindigkeitsverlauf als auch die Eintauchtiefe fix sind, können diese Parameter erfindungsgemäss über ein Touch-Panel eingestellt und verstellt werden.
Ein spielfrei und präzise geführter Werkzeugschlitten und ein spielfrei präzise geführter bewegter Werkzeugteil werden bei der neuen Stanzmaschine starr miteinander verschraubt. Durch die starre Verbindung der zwei Bauteile entsteht ein Führungssystem mit grossem Führungsabstand, welches praktisch keine Verformungen zulässt und damit einen gleichmässigen Schnittspalt zwischen Stanzstempel und Matrize sicherstellt (2-3 Mikrometer Spalt).
Das System eines Werkzeugschlittens mit starrer Verbindung Werkzeugschlitten / Werkzeug und ein freifliegendes Werkzeug ist einzigartig und bringt grosse Vorteile bezüglich Zugänglichkeit in den Werkzeugbereich und ein präzises und stabiles Führungssystem.
Ein langsames Hochfahren beim Einschalten des Hauptantriebs der Maschine ist nicht mehr nötig. Bereits der erste Stanztakt kann mit der vollen Arbeitsgeschwindigkeit ausgeführt werden. Durch Geschwindigkeitseinflüsse variierende Prozessschwankungen sind deshalb faktisch nicht mehr vorhanden. Der Vorschubapparat kann in der Breite beliebig skaliert werden, die Verpressung des Bandes bleibt unabhängig davon konstant, da diese nicht von der Biegesteifigkeit der Antriebswalzen abhängt.
Die Vorschubvorrichtung umfasst in der bevorzugten Ausführung zwei zusammenwirkende drehbar angetriebene Walzen mit einem Mantel aus Gummi oder einem anderen, einen hohen Reibwert aufweisenden Belag. In mindestens einer der Wellen der Walzen, welche den Mantel darauf tragen, sind axial beabstandet angeordnete Magnete eingesetzt. Diese bewirken, dass die Anpresskraft zwischen den beiden zusammenwirkenden Walzen über deren gesamte Länge, d.h. zwischen den Lagerstellen, konstant ist und damit die Folie ohne Schlupf mit exakt vorbestimmter Geschwindigkeit der Stanzvorrichtung zuführbar ist. Dadurch dass die Magnete beabstandet zur Drehachse der Walzen stationär auf der Welle angeordnet sind, kann durch eine Verdrehung der Welle der Abstand zu der gegenüberliegenden Welle oder einem in der gegenüberliegenden Welle angeordneten ferromagnetischen Kern die Anziehungskraft und damit die Flächenpressung der beiden Walzen verstellt und/oder eingestellt werden.
An den Enden der Rohre, die die Mäntel bilden, sind Zahnräder befestigt, über welche ein Zahnriemen, vorzugsweise ein Zahnriemen mit beidseitig angebrachten Zähnen, umläuft. Durch die teilweisen Umschlingungen der beiden Zahnräder gleichzeitig werden diese exakt mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit angetrieben. Dies erhöht die Genauigkeit des Vorschubs der Folie und insbesondere ein verzugfreier Vorschub über die gesamte Breite der Folie.
Die auf der Grundplatte der Stanzvorrichtung paarweise einander gegenüberliegenden antreibbaren Förderwalzenpaare halten und fördern innerhalb der Stanzvorrichtung die Folie stets quer zur Transportrichtung und in Transportrichtung gespannt. Durch diese beiden paarweise angebrachten Walzenpaare ist die Folie und nach dem Stanzhub das Stanzgitter stets auf Originalbreite der Folie gehalten, wodurch eine Wellenbildung und allenfalls eine Verhakung der Stege der Stanzfolie mit Teilen der Stanzvorrichtung vermieden werden kann. Je zwei Förderwalzenpaare können jeweils in einer gemeinsamen Achse drehbar gelagert sein oder die einander axial gegenüberliegenden Förderwalzenpaare sind in leicht spitzem Winkel angeordnet, so dass sie die Folie während des Transports stets gegen aussen ziehen und spannen.
Die Lagergehäuse der Förderwalzen können lotrecht zur Grundplatte angehoben oder abgesenkt werden, um die Distanz der Folie und später des Stanzgitters zur Matrize und zum Stempel zu vergrössern und damit zusätzlich zu verhindern, dass sich das Stanzgitter beim Wegzug aus der Stanzvorrichtung nicht mit der Stanzvorrichtung verhaken kann. Bevorzugt sind die Linearführungen mit Rollenkäfigen vertikal verschiebbar gelagert. Durch die Anordnung der Förderwalzenpaare an den Ecken eines Rechtecks bleibt die Folie und das Stanzgitter stets in der ursprünglichen Form der zugeführten Folie erhalten.
Zwischen einem im Anschluss an die Stanzvorrichtung in Arbeitsrichtung gesehen angeordneten zweiten Abzugswalzenpaar, welches wie das erste Abzugswalzenpaar vor der Stanzvorrichtung ausgebildet sein kann, ist eine erste Umlenkrolle im Wesentlichen senkrecht zur Transportrichtung verschiebbar gelagert. Der Betrag der jeweiligen Verschiebung durch Spannungsänderungen oder Fördergeschwindigkeitsänderungen wird durch einen Positionsgeber gemessen. Mit diesem kann die Abzugsgeschwindigkeit geregelt werden, um auf dem gesamten Transportweg der Folie und anschliessend des Stanzgitters letztere gespannt zu führen.
Die Umlenkrollen, über welche das Stanzgitter nach dem Stanzvorgang geführt wird, sind in Lagerböcken gelagert, welche gegenseitig auf Führungsprofilen verschiebbar sind, um den Klemmspalt an die Dicke der Folie bzw. des Stanzgitters anzupassen.
Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Seitenansicht einer Stanzmaschine,
Figur 2: eine Aufsicht auf den Hauptantrieb,
Figur 3: eine perspektivische Darstellung des Hauptantriebs,
Figur 4: eine Aufsicht auf den Werkzeugschlitten für das Stanzwerkzeug,
Figur 5: eine perspektivische Darstellung einer feststehenden Welle mit Magneten für die Walzen des Vorschubs,
Figur 6: die feststehende Welle mit aufgesetzten Lagerringen,
Figur 7: zwei auf einem Lagerbock angeordnete Walzen mit einer zwischen den Walzen hindurchgeführten Folie,
Figur 8: die beiden Walzen und der Lagerbock, zusätzlich bestückt mit zwei Antriebsmotoren, Antriebszahnriemen und Wellenlagern,
Figur 9: eine schematische Seitenansicht der Figur 7,
Figur 10: eine Vorderansicht der Figur 8,
Figur 11: eine perspektivische Aufsicht auf die Grundplatte mit einer eingesetzten Matrize und auf der Grundplatte angeordnete Folienantrieb,
Figur 12: ein vertikaler Schnitt mit Aufsicht auf den Stanzgitterantrieb mit den Förderwalzen,
Figur 13: eine Aufsicht auf den Stanzgitterantrieb,
Figur 14: eine perspektivische Darstellung des Stanzgitterantriebs,
Figur 15: eine Seitenansicht des Folienantriebs,
Figur 16: eine perspektivische Untersicht des Folienantriebs,
Figur 17: eine Seitenansicht der Stanzgitterwippe,
Figur 18: eine Frontansicht der Stanzgitterwippe in Fig. 17,
Figur 19: eine Aufsicht auf die Stanzgitterwippe,
Figur 20: eine perspektivische Darstellung der Stanzgitterwippe,
Figur 21: eine Seitenansicht einer weiteren Stanzgitterwippe,
Figur 22: eine Frontansicht der Stanzgitterwippe in Figur 21
Figur 23: eine Aufsicht auf die Stanzgitterwippe gemäss Figur 21 und
Figur 24: eine perspektivische Darstellung der Stanzgitterwippe von schräg oben.

In der schematischen Seitenansicht einer Stanzmaschine 1 zum Stanzen von Etiketten und Deckeln für Behälter, wie Flaschen, Dosen, _Becher und tiefgezogene Schalen aus Kunststoff oder Aluminium, ist mit Bezugszeichen 3 eine Seitenplatte, die Teil eines Maschinengestells darstellt, bezeichnet. Die wesentlichen Elemente der Stanzmaschine 1 umfassen einen Hauptantrieb 7 mit einem Servomotor 9, eine Spindel 11, ein Führungselement wie ein Werkzeugschlitten, das den Stanzstempel 13 linear in Richtung auf eine Matrize 57 auf einer Grundplatte 15 führt, ein Vorschubapparat 17 für eine Folie 19 als bandförmiges Stanzmaterial, welches von einem Coil 21, welcher als Bandspeicher dient, abziehbar ist, einen Stanzgitterantrieb 23, der ins Stanzwerkzeug montiert wird, und ein Tänzerelement in Form einer Stanzgitterwippe 25.
Das Stanzmaterial, im Folgenden kurz Folie 19 genannt, wird der Stanzmaschine 1 ab einem Coil 21 zugeführt. Das Abziehen der Folie 19 vom Coil 21 erfolgt mit dem Vorschubapparat 17, dem ein Tänzer vorgeschaltet sein kann (Fig. 5 bis 10).
Der Vorschubapparat 17 umfasst zwei auf parallel verlaufenden Achsen angeordnete Walzen 29, die vorzugsweise auf deren Peripherie einen Gummibelag oder -mantel 41 aufweisen, welcher einen schlupffreien Vorschub der Folie 19 gewährleistet. Mindestens eine der beiden Walzen 29 ist durch einen Antriebsmotor 53 antreibbar. Vorzugweise sind beide Walzen 29 synchron angetrieben. Die beiden Walzen 29 umfassen eine Welle 37, auf welcher eine Mehrzahl von in einer Reihe achsparallel angeordneter Magnete 33 in radial zur Achse verlaufenden Bohrungen 35 angeordnet sind. Die Magnete 33 können auch auf der Oberfläche der Welle 37 befestigt sein. Die Welle 37 kann einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Verteilt über die axiale Länge der Welle 37 sind zwischen den Magneten 33 auf der Welle 37 drehbar Lagerringe 39 angeordnet. Der innere Laufring der Lagerringe 39 ist drehfest mit der Welle 33 verbunden. Der äussere Lagerring 39 trägt ein Rohr 38, das den Gummimantel bildet.
Die Welle 37 bildet den Kern für das Rohr 38 mit dem Gummimantel 41. An den beiden Enden der Welle 37 sind, drehfest verbunden mit dem Rohr 38 an den Enden des Rohrs 38, Zahnräder 43 aufgesetzt. Zwei solcher derart ausgebildeter Walzen 29 werden an ihren Enden von einem Lagerbock 45 getragen (Figur 10).
An den Lagerböcken 45 sind stirnseitig mit den Lagerböcken 45 fest verbundene erste Wellenlager 47 angeordnet. Zwei auf Führungsstangen 49 an den ersten Wellenlagern 47 befestigte verschiebbare zweite Wellenlager tragen die zweite Walze 29.
Mit einem oder mehreren Antriebsmotoren 53 werden die beiden Walzen 29 mit Zahnriemen 55 gegenläufig angetrieben. Der oder die beiden Zahnriemen 55 umschlingen die Zahnräder 43 an den beiden Walzen 29. Das oder die Zahnräder 47 auf der anderen Walze 29 werden von den aussenliegenden Zähnen der Zahnriemen 55 synchron angetrieben. Mit anderen Worten, die beiden Walzen 29 können exakt elektronisch synchron mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeiten angetrieben werden.
Die im Verhältnis zu deren axialen Länge dünnen Walzen 29 werden durch die in deren Zentrum angeordneten nicht mitdrehenden Wellen 37 bzw. den darauf angeordneten Elektro- oder Permanent-Magneten 33 gegenseitig angezogen. Auf diese Weise lässt sich über die gesamte axiale Länge eine einheitliche gegenseitige Anpressung der Peripherien der Gummimäntel 41 erreichen. Diese einheitliche, sich über die gesamte axiale Länge erstreckende gegenseitige Anziehkraft der Walzen 29 bleibt erhalten, unabhängig von der Dicke der Folie 19, die zwischen den beiden Walzen 29 hindurchgeführt und gefördert wird. Die Veränderung des Achsabstandes zwischen den beiden Walzen 29 aufgrund von unterschiedlich dicken Folien 19 wird durch Verschiebung einer der Walzen 29 auf den Führungen 49, auf welchen das zweite Wellenlager radial verschiebbar gelagert ist, aufgenommen.
Die Kraft der gegenseitigen Anziehung lässt sich einstellen. Zu diesem Zweck sind die Wellen 37 über einen bestimmten Drehwinkel verdrehbar am Lagerbock 45 befestigt, so dass der radiale Abstand der Magnete 33 auf den Wellen 37 einstellbar ist. Liegen sich die Magnete 33 auf den beiden Wellen 37 exakt zwischen den Drehachsen der Walzen 29 einander gegenüber, so besteht die höchste Anziehungskraft; werden sie um einige Winkelgrade verdreht, so nimmt entsprechend die gegenseitige Anziehungskraft ab.
In einer einfacheren Ausgestaltung der Wellen 37 ist nur eine von den beiden Wellen 37 mit Magneten 33 bestückt. Die zweite, nicht mit Magneten 33 bestückte Welle 37 ist dann aus einem ferromagnetischen Material hergestellt.
Die Drehwinkelverstellung an den Wellen 37 kann durch einen Eingriff am stirnseitigen Ende der Wellen 37 erfolgen.
Die durch den Vorschubapparat 17 vom Coil 21 abgezogene Folie 19 gelangt anschliessend in die Stanzvorrichtung 5, d.h. zwischen den Stanzstempel 13 und die Grundplatte 15 mit einer Matrize 57 (Fig. 11). Stanzgitterantriebe 59 zwischen dem Stanzstempel 13 und der Matrize 57 zum Führen der Folie 19 in der Stanzvorrichtung 5 umfassen ausserhalb der Stanzvorrichtung je ein Lagergehäuse 61, in dessen Innern ein Getriebe, welches stirnseitig aus dem Gehäuse 61 herausragende parallele Drehachsen aufweisende Förderwalzen 63 aufweist (Fig. 12 bis 15). Im Weiteren ist aus Figur 16 ersichtlich, dass das Gehäuse 61 mit den Förderwalzen 63 in einer Führungsbohrung, die lotrecht in der Grundplatte 15 ausgebildet ist, vertikal verschiebbar gelagert ist. Die reibungsarme Verschiebbarkeit des Gehäuses 61 und damit des Folienantriebs 59 wird durch Kugelkäfige 64 sichergestellt. Weiter sind am Lagergehäuse 61 je ein Antriebsmotor 65 angeordnet.
Wie aus Figur 11 weiter ersichtlich, sind die Folienantriebe 59 paarweise ausserhalb des Umfangs der Matrize 57 angeordnet, und zwar derart, dass die Förderwalzen 63 im Längsrandbereich der bandförmigen Folie 19 diese eingangsseitig und ausgangsseitig während des Stanzvorgangs in die Grundplatte 15 geklemmt und gespannt halten und anschliessend transportieren können. Die Folie 19 ist folglich während des Stanzvorgangs, einerseits wenn die Folie 19 stillsteht und andererseits, wenn sie transportiert wird, durch vier Förderwalzenpaare 63 gehalten. Sie kann sich folglich weder in Längs- noch in Querrichtung noch diagonal zusammenziehen. Das nach dem Stanzen entstandene Stanzgitter wird demzufolge auch beim Herausfahren der Folie 19 aus dem Stanzbereich stets gespannt gehalten. Auch wenn der grössere Anteil der Fläche der bandförmigen Folie 19 aus dieser ausgestanzt ist und teils nur noch schmale Stege verbleiben, die keinen stabilen Zusammenhang mehr haben, kann das Stanzgitter aus dem Stanzbereich herausgeführt werden, ohne dass sich die seitlichen Ränder der vormaligen ungestanzten Folie 19 zusammenziehen und die innerhalb des Stanzgitters verbleibenden Stege in der Stanzvorrichtung 5 hängen bleiben können. Der Folienantrieb 59 ist zwangsläufig sehr miniaturisiert ausgeführt, da er zwischen der Grundplatte 15 mit der Matrize 57 und dem Stanzstempel 13 zu liegen kommt. Zwischen diesen Elementen hindurch transportiert der Folienantrieb 59 mit seinen Förderwalzen 63 die Folie 19 schrittweise.
Um die Spannung an den Rändern der Folie 19 aufrechterhalten zu können, insbesondere bei Folien 19 aus verhältnismässig elastischem Material, können die Achsen der Förderwalzen 63 geringfügig schräg gestellt sein, so dass sie die Folie 19 stets nach aussen ziehen und so die Folie 19 zwischen den Förderwalzen 63 gespannt halten und eine Wellenbildung oder Falten im Material merklich minimieren können. Dadurch können Unterbrüche in der Produktion weitgehend vermieden werden.
Durch die vertikal verschiebbare Lagerung und Führung der Folienantriebe 59, ermöglicht durch die unten aus dem Lagergehäuse 61 herausgeführten Linearführungen 81, die in der Grundplatte 15 axial verschiebbar gelagert sind, können die Folienantriebe 59 während des Vorschubs der Folie 19 in vertikaler Richtung von der Matrize 57 abgehoben und beim Schliessen der Stanzvorrichtung 5 wieder an die Matrize 57 herangeführt und dort in Anlage gebracht werden. Dieses Spiel der Folie 19 während des Vorschubs zwischen der Unterseite der Folie 19 und der Oberfläche der Matrize 57 begünstigt weiter einen reibungsarmen Transport der Folie 19 beim Einführen in die Stanzvorrichtung 5 und andererseits den sicheren Abtransport des Stanzgitters aus der Stanzvorrichtung 5 während des Vorschubs der Folie 19.
Das aus der Stanzvorrichtung 5 hinausgeführte Stanzgitter gelangt nun über eine zweite Umlenkrolle 73 in den Bereich einer Stanzgitterwippe 25, allgemein auch Tänzer oder Tänzervorrichtung genannt (Fig. 17 bis 20).
Die Stanzgitterwippe 25 der ersten Ausführungsform (Fig. 17-20) umfasst eine durch einen Pneumatikzylinder 69 oder ein Federelement achsparallel verschiebbare erste Umlenkrolle 71, die parallel zur zweiten Umlenkrolle 73 liegt Die Enden der ersten Umlenkrolle 71 sind in Lagerböcken 75 auf horizontal angeordneten Führungsprofilen 77 parallel verschiebbar gelagert. Unterhalb der ersten Umlenkrolle 71 ist ein Abzugswalzenpaar 79 mit zwei zusammenwirkenden Abzugsrollen 80 angeordnet, deren Drehachsen parallel zu den Drehachsen der ersten 71 und zweiten Umlenkrolle 73 verlaufen. Die Walzen 80 des Abzugswalzenpaars 79 sind durch einen nicht dargestellten Antrieb antreibbar. Der Aufbau des Abzugswalzenpaars 79 kann demjenigen des Vorschubapparats 17 zum Abziehen der Folie 19 vom Coil 21 entsprechen.
Die Elemente der Stanzgitterwippe 25 sind auf einem gemeinsamen modulartigen Wippengestell angeordnet.
Weiter umfasst die Stanzgitterwippe 25 einen Positionsgeber 67, mit welchem die Position der ersten Umlenkrolle 71 gemessen wird. Die erste Umlenkrolle 71 und die zweite Umlenkrolle 73 sowie die Rollen 80 des Abzugswalzenpaars 79 sowie die Führungsprofile 77 und der Positionsgeber 67 sind auf einem nicht dargestellten Gestell montiert, das mit der Seitenplatte 3 und/oder dem nicht dargestellten Maschinenfundament verbunden sein kann.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Stanzgitterwippe 25 ist in den Figuren 21-24 dargestellt. An einem aus zwei beabstandet parallel angeordneten Wippenwangen 97 sind zwei Schwenkarme 99 angelenkt. Die Schwenkarme 99 sind einendig an den Wangen 97 des Wippengestells schwenkbar befestigt und können mit je einem Federelement, z.B. einem Pneumatikzylinder, relativ zu den Wangen 99 der Wippenwangen 97 eingestellt werden, so dass der Winkel zwischen den Wangen 97 bezüglich einer Befestigungsplatte des Wippengestells einstellbar ist. Zwischen den Enden der Schwenkarme 99, welche der Schwenkachse A gegenüberliegen, ist die erste Umlenkrolle 71 eingesetzt, welche das Stanzgitter aus der Stanzvorrichtung folglich der zweiten Umlenkrolle 73 über die erste Umlenkrolle 71 und von dort zum Abzugsrollenpaar 79 führt.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird die Folie 19 folglich zwischen dem Abzugswalzenpaar 99 und der zweiten, darüber angeordneten Umlenkrolle 73 ausgelenkt, so dass Störungen durch ungleichmässige Spannungen in der Folienbahn in der Folienzufuhr und im Folienabzug durch Schwenken der Schwenkarme 99 mit der daran befestigten ersten Umlenkrolle 71 ausgeglichen werden können.
Die Stanzgitterwippe 25 dient folglich dazu, dass das Stanzgitter schrittweise oder kontinuierlich möglichst parallel bis zum Abzugswalzenpaar 79, das einen zweiten Vorschubapparat bildet, durch die Stanzvorrichtung 5 transportiert wird. Die integrierte Positionsüberwachung durch den Positionsgeber 67 der beweglichen ersten Umlenkrolle 71 dient dazu, die Geschwindigkeit des Abzugswalzenpaars 79 zu regeln. Die Regelung der Abzugsgeschwindigkeit stellt sicher, dass trotz dem Verzug des Stanzgitters, sei es im positiven oder negativen Sinn, der Schlupf in den Vorschubapparaten, Positionsfehler der Vorschubapparate oder unterschiedlichen Walzendurchmessern an der Vorschubapparaten (Gummiverschleiss)ausgeglichen wird und folglich stets zwischen dem ersten Vorschubapparat 17 und dem Abzugswalzenpaar 79 die Folie 19 bzw. das Stanzgitter stets gespannt und faltenfrei geführt ist.
Nach dem Abzugswalzenpaar 79 kann das Stanzgitter abgesaugt werden; es kann aber auch auf einer Hülse für den Abtransport und die Entsorgung aufgewickelt werden.
Zum Stanzen der Folie 19 in der Stanzvorrichtung 5, d.h. zwischen dem Stanzstempel 13 und der Matrize auf der Grundplatte 15, dient der in den Figuren 2 bis 4 dargestellte Hauptantrieb 7. Die Abtriebswelle 85 des Servomotors 9 kann mittels einer Kupplung 87 oder direkt mit einer Spindel 11 (Spindel nur teilweise sichtbar in Figur 2) verbunden sein. Die Spindel 11 ist in einem Spindelgehäuse 91 drehbar gelagert und treibt eine Befestigungsplatte 93 für den Stanzstempel 13 an. Die Befestigungsplatte 93 ist in einem Werkzeugschlitten 95 in axialer Richtung zur Spindel 11 geführt. Die auf die Spindel 11 wirkenden Kraft beim Stanzhub wird vom Spindelgehäuse 91 auf die Seitenplatte 3 übertragen.
Der Servomotor 9 ist mit der Maschinensteuerung (Steuerung nicht dargestellt) verbunden. Mit der Steuerung werden die Stanzhubparameter, nämlich die Eintauchtiefe, d.h. der maximale Hub des Stempels und der minimale Hub des Stempels sowie die Beschleunigungen bzw. Verzögerungen während des Stanzhubes sowie, falls erwünscht, zwischen den Endpunkten des Stanzstempels liegende Umkehr- oder Haltepunkte erzeugt. Diese Variationsmöglichkeiten der vom Stanzstempel 13 durchfahrenen Kurve während des Stanzhubes können elektronisch erzeugt und zudem jederzeit eingestellt und/oder verändert werden. Dadurch wird ermöglicht, dass ohne mechanischen Eingriff in die Maschine bei einem Wechsel der Dicke der verarbeiteten Folie 19 eine Anpassung einerseits an die Materialien, aus denen die Folie 19 besteht, aber auch an deren mechanischen Eigenschaften wie Härte, Elastizität und an deren jeweiligen Dicke möglich ist. Es kann beispielsweise eine verhältnismässig weiche Folie 19 anfänglich etwas zusammengepresst und erst dann der Stanzvorgang durchgeführt werden.
Im Weiteren kann auch der Rückhub, also das Zurückziehen des Stempels 13 mit geeigneter variabler Geschwindigkeit und/oder variabler Rückzugskurve erfolgen.

Claims

Stanzmaschine zum Stanzen von Etiketten und Deckeln für Behälter aus Papier, Kunststoff, Metall oder daraus gefertigten Laminaten aus bandförmig zugeführten bandförmigen Folie, umfassend:
- einen Vorschubapparat (17) zum Transport der Folie von einem Coil (21) zu einem Stanzwerkzeug,- das Stanzwerkzeug mit einem Stanzstempel, eine Matrize auf einer Grundplatte (15) mit Führungen für den Stanzstempel während der Hubbewegungen und ein Antriebsorgan für die Erzeugung der Hubbewegung des Stanzstempels und

- eine Abzugsvorrichtung zum Abziehen des Stanzgitters aus der Stanzvorrichtung und zum Zuführen des Stanzgitters zu einer Stanzgitteraufnahme,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Antriebsorgan zur Erzeugung einer Linearbewegung des Stanzstempels (13) einen Servomotor (9) mit einer Spindel (11) umfasst und dass die Spindel (11) mit einem Werkzeugschlitten (95) verbunden ist, welcher den Stanzstempel (13) trägt und führt.
Stanzmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (11) durch eine Kupplung (87) mit dem Servomotor (9) verbunden ist.
Stanzmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel Bestandteil des Servomotors (9) ist.
Stanzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend
- einen Coil (21) als Bandspeicher für die zu stanzende Folie,

- eine elektrisch antreibbare Vorschubvorrichtung (17)zum Abziehen der bandförmigen Folie vom Bandspeicher und zum Vorschieben der Folie(19) zu einer Stanzvorrichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubvorrichtung einen Vorschubapparat (17) mit zwei zusammenwirkenden drehbar angetriebene Walzen (29) umfasst,

dass die Walzen (29) einen auf einem Rohr (38) angeordneten Mantel aus Gummi (41) aufweisen,

dass die Rohre (38) von Lagerringen (39) getragen auf einer Welle (37) drehbar gelagert sind,

dass auf den Wellen (37) parallel zu deren Achsen angeordnete Magnete (33) befestigt sind, welche durch gegenseitige Anziehungskräfte die Walzen (29) über deren axiale Länge gegeneinander anziehen.
Stanzmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (33) beabstandet zu der Drehachse der Walze (29) auf den Wellen (37) befestigt sind und dass die Wellen (37) um deren Achsen verdrehbar und einstellbar ausgebildet sind, um den gegenseitigen Abstand der Magnete (33) auf den beiden Walzen (29) einstellbar zu machen.
Stanzmaschine nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass an einem oder an beiden Enden der Rohre (38) der beiden Walzen (29) je ein Zahnrad (43) befestigt ist, welches von einem oder zwei Zahnriemen (55) mindestens teilweise umschlungen ist, wobei der Zahnriemen (55) von einem Antriebsmotor (53) antreibbar ist.
Stanzmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnriemen (55) beidseitig Zähne aufweist, wenn dieser die beiden Zahnräder (43) an den beiden Walzen (29) gleichzeitig teilweise umschlingt und antreibt.
Stanzmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Grundplatte (15) der Matrize (57) paarweise einander gegenüberliegend antreibbare Förderwalzenpaare (63) angeordnet und fliegend in an der Grundplatte (15) angeordneten Lagergehäusen (61) gelagert sind.
Stanzmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagergehäuse (61) lotrecht zur Oberfläche der Grundplatte (15) anheb- und absenkbar gelagert sind.
Stanzmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Lagergehäuse (61) Linearführungen (81) angebracht sind, mit welchen die Lagergehäuse (81) in Bohrungen in der Grundplatte (15) vertikal verschiebbar sind.
Stanzmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Linearführungen (81) Rollenkäfige eingesetzt sind.
Stanzmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen der einander gegenüberliegenden Förderwalzenpaare (63) koaxial liegend verlaufen.
Stanzmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen der einander gegenüberliegenden Förderwalzenpaare (63) in spitzem Winkel zueinander verlaufend angeordnet sind.
Stanzmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem Rechteck angeordnet zweimal zwei Förderwalzenpaare (63) auf der Grundplatte (15) angeordnet sind.
Stanzmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Stanzvorrichtung (5) und dem Abzugswalzenpaar (79) eine Stanzgitterwippe (25) eingesetzt ist, welche zum Umlenken der einlaufenden Folie (19) als Tänzer eine erste Umlenkrolle (71) umfasst und dass zwischen der Stanzvorrichtung (5) und der ersten Umlenkrolle (71) eine zweite Umlenkrolle (73) angeordnet ist und dass die erste Umlenkrolle (71) parallel zu deren Drehachse verschiebbar gelagert ist.
Stanzmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der ersten Umlenkrolle (71) auf Führungsschienen (89) verschiebbar gelagert oder an den Enden von Schwenkarmen (99) auf Bogenabschnitten achsparallel bewegbar sind.
Stanzmaschine nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umlenkrolle (71) durch Federelemente, Federpakete oder Pneumatikzylinder (69) achsparallel federnd versschiebbar gehalten ist.
Stanzmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der ersten Umlenkrolle (7) bezüglich der Abzugsrolle (80) mit einem Positionsgeber (67) mess- und einstellbar ist.
Stanzmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umlenkrolle (71) beidendig in Lagerböcken (75) gelagert ist und dass die Lagerböcke auf Führungsprofilen (77) parallel verschiebbar angeordnet sind.
Stanzmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkarme (99) durch Federelemente, Federpakete oder Pneumatikzylinder (69) schwenkbar sind und deren Position einstellbar ist.
Verfahren zum Steuern des Stanzhubes in einer Stanzmaschine zum Stanzen von Etiketten und Deckeln aus einer Folie für Behälter unter Verwendung einer Stanzmaschine gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Stanzstempel (11) Hubbewegungen durchführt und beim Vorschubhub der Stanzstempel (11) in die Folie eindringt und diese durchschneidet und danach im Rückhub in die Ausgangsstellung zurückkehrt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hubbewegungen beim Arbeits- und Rückhub bezüglich dem Weg und der Zeit in Abhängigkeit der Dicke und den Eigenschaften der verarbeiteten Folie veränderbar sind.